2012.9传热试题答案1

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1、一、计算题1、一根直径为1mm的铜导线，每米的电阻为。导线外包有厚度为0.5mm，导热系数为0.15W/(m·K)的绝缘层。限定绝缘层的最高温度为650C，绝缘层的外表面温度受环境影响，假设为400C。试确定该导线的最大允许电流为多少？解：(1)以长度为L的导线为例，导线通电后生成的热量为,其中的一部分热量用于导线的升温，其热量为：一部分热量通过绝热层的导热传到大气中，其热量为：。根据能量守恒定律知：即(2)当导线达到最高温度时，导线处于稳态导热，，W/m，2、已知室外气温-12℃，室内温度20℃，室内对流换热系

2、数25W/m2K，室外对流换热系数45W/m2K。砖墙厚240mm，导热系数0.56W/mK，用苯板保温，苯板后10mm，导热系数0.027W/mK，保温后的装饰层厚度3mm，导热系数0.93W/mK。假设砖墙内含有水分而且当温度低于0℃时就会结冰（结冰前后导热系数假设保持不变）。如图，试确定外保温和内保温情况下，那种保温方式会出现砖墙内结冰现象？为什么？解：装饰层热阻k/w苯板层热阻k/w砖墙层热阻k/w内侧对流热阻k/w外侧对流热阻k/w不论是内保温还是外保温，热流密度均为W如果内保温，则砖墙外侧温度0C砖墙

3、内侧温度0C如果外保温，则砖墙内侧温度0C砖墙外侧温度0C可见，内保温时，砖墙内的温度从-11.177℃变化到4.689℃，跨越了0℃，因此会出现墙内结冰。外保温时，墙内温度从2.653℃变化到18.519℃，不会出现结冰现象。3、热电厂有一水平放置的蒸汽管道，保温层外径为400mm,壁温为50℃，周围空气的温度为20℃。计算单位蒸汽管道外壁面的对流散热损失。（35℃的空气物性参数为：；；）形状流态参数Cn横圆柱层流过渡湍流0.480.01650.111/40.421/3解：这是一个自然对流换热问题。特征温度为此

4、时空气得物性参数为：，，（1分）（1分）（2分）查表得（2分）（2分）（2分）4、管内壁温为100℃，水在管内流动，流量为0.5kg/s，水温从15℃升到45℃。管的内径为50mm，长4.5m。求管内流体与壁面间的平均换热系数。（水30℃时）解：水的特征温度为（2分）水侧吸热量为（1分）管内换热面积为（1分）圆管内对流换热的进出口换热温差：（2分）平均换热温差（2分）平均换热系数（2分）5、两块平行放置的平板1和2，相关尺寸如图示。已知：0C，0C，，，。试用网络法求：  (1)两平板之间的辐射换热量； (2)若

5、两平板均为黑体表面，辐射换热量又等于多少?答：(1)W  若两表面为黑体表面，则W6、（10分）利用一同心套管式换热器，将流量为225kg/h、比热为4188J/kg·K的水由35℃加热至95℃，并用流量为225kg/h、比热2095J/kg·K和温度210kg/h的油作为热流体。若总传热系数为550W/（·K），且管外径为100mm。求（1）该换热器是逆流式还是顺流式；（2）换热器的长度。解：由题意，水的进口温度为，出口温度为；油的进口温度为，出口温度为；设每程管子长度为（1）由热平衡则（3）由于，则可以判断出

6、该换热器为逆流换热器。（2）（2）逆流考虑时对数平均温差为（3）又由，则（2）二、简答题7、由导热微分方程可知，非稳态导热只与热扩散率有关，而与导热系数无关。你认为对吗?答：由于描述一个导热问题的完整数学描写不仅包括控制方程，还包括定解条件。所以虽然非稳态导热的控制方程只与热扩散率有关，但边界条件中却有可能包括导热系数λ(如第二或第三类边界条件)。因此上述观点不对。8、应用准则关联式求管内对流换热系数时，定性温度如何确定？确定定性温度有何用处？答：应用准则关联式求管内对流换热系数时，定性温度原则上取进口截面流体温

7、度的平均值。（2分）定性温度是以计算流体的物性。在整理实验数据时按定性温度计算物性，则整个流场中的物性就可认为时相应与定性温度下的值，即相当于把物性视为常数，于是物性场相似的条件自动满足。9、其他条件相同时，同一根管子横向冲刷和纵向冲刷相比，哪一个的表面传热系数大，为什么？答：（1）因为纵向冲刷时相当于外掠平板的流动，热边界层较厚。（2）横向冲刷时表面传热系数大。横向冲刷时热边界层薄且存在由于边界层分离而产生的涡旋，增加了流体扰动，因而换热强。10、已知在短波（λ<1μm）范围内，木板和铝板的光谱吸收比分别为αλ

8、1、αλ2，且αλ1<αλ2；在长波范围内则相反。当木板和铝板同时长时间地放在阳光下时，铝板温度比木板高。试解释这种现象。答：在短波（λ<1μm）范围内，α木板（λ）<α铝板（λ），在阳光下铝吸收的太阳能比木板多。对长波（红外线）范围内，α木板（λ）>α铝板（λ），ε木板（λ）<ε铝板（λ），铝与周围物体进行辐射传热时，辐射散热比木板少，所以在阳光下铝板温度高。11、北方